JPH0893668A - スクロール式流体機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シール部材が偏摩耗したり、不安定な挙動を
起こしたりするのを防止し、シール部材の耐久性や圧縮
性能を向上させる。 【構成】 シール部材２１の先端側に凹溝５の側面５
Ｂ，５Ｃとほぼ平行で、シール部材２１の長さ方向に一
定長さをもって延びる切込み２２を入れ、シール部材２
１の先端側を内周側シール部２３と外周側シール部２４
とに２分割する。従って、これらのシール部２３，２４
は互いに独立して弾性変形し、内側面２３Ｃ，２４Ｃと
外側面２３Ｄ，２４Ｄとの間の曲率差が小さくなる。こ
の結果、これらのシール部２３，２４の曲げ剛性を効果
的に低減でき、シール部２３，２４をラップ部３の曲率
に沿って円滑に弾性変形させることができると共に、上
側面２３Ｂ，２４Ｂが相手方の歯底面８Ａに片当りする
のを防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば空気圧縮機や真
空ポンプ等に用いて好適なスクロール式流体機械に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、圧縮機や真空ポンプ等に用いら
れるスクロール流体機械は、例えば実開平２−１４７８
８７号公報、実開平２−１４７８８８号公報および特開
平３−１１１０１号公報等によって知られている。

【０００３】そこで、図４ないし図７にこの種の従来技
術によるスクロール式流体機械としてスクロール式空気
圧縮機を例に挙げて述べる。

【０００４】図において、１は当該スクロール空気圧縮
機のケーシングの一部となる固定スクロールを示し、該
固定スクロール１は、大略有蓋筒状に形成されたケーシ
ング本体（図示せず）の開口端の開口側を施蓋するよう
に、この開口端側に固着されている。そして、該固定ス
クロール１は、その中心が後述する駆動軸１３の軸線Ｏ
1 - Ｏ1 と一致するように配設された円板状の鏡板２
と、該鏡板２の歯底面２Ａに立設され、インボリュート
またはインボリュートに近い曲線に沿って渦巻状に形成
されたラップ部３と、前記鏡板２の外周側に位置し、該
ラップ部３を囲むように筒状に形成された支持部４とか
ら大略構成されている。

【０００５】また、該固定スクロール１のラップ部３は
図５に示す如く、内周側が巻始め端となり外周側（図示
せず）が巻終り端となって、例えば３巻前，後の渦巻状
に形成されている。そして、該ラップ部３の歯先３Ａ
は、後述する旋回スクロール７の歯底面８Ａから微小な
クリアランスをもって離間されている。

【０００６】５はラップ部の歯先３Ａ側に形成された凹
溝を示し、該凹溝５は、ラップ部３の幅方向中間部に位
置して横断面が略コ字状をなすように形成され、その底
面５Ａおよび左，右の側面５Ｂ，５Ｃはラップ部３の渦
巻き形状に沿ってその巻始め端から巻終り端まで延びて
いる。そして、該凹溝５内には後述するシール部材６が
装着され、相手方となる旋回スクロール７の歯底面８Ａ
との間をシールするようになっている。

【０００７】６はラップ部３の凹溝５内に装着されたシ
ール部材を示し、該シール部材６は耐摩耗性や摺動性に
優れた弾性樹脂材料等を用いて、横断面が略長方形状を
なす長尺のチップシールとして形成され、凹溝５の長手
方向に沿って渦巻状に伸長して装着されている。

【０００８】ここで、該シール部材６は、凹溝５の底面
５Ａ上に載置される受圧面としての下側面６Ａと、該下
側面６Ａと上下方向で対向し相手方の歯底面８Ａに摺接
する上側面６Ｂと、渦巻状をなすシール部材６の径方向
内側および外側に位置する内側面６Ｃおよび外側面６Ｄ
とから構成されている。そして、該シール部材６は下側
面６Ａを凹溝５の底面５Ａ上に載置するように内、外側
面６Ｃ，６Ｄが凹溝５内に僅かな隙間をもって挿入さ
れ、凹溝５の底面５Ａ上から相手方となる旋回スクロー
ル７の歯底面８Ａに向けて浮上可能となっている。

【０００９】また、シール部材６の下側面６Ａおよび内
側面６Ｃにはそれぞれ長手方向に一定間隔をもってリッ
プ部（図示せず）が形成され、凹溝５とシール部材６と
の間をシールする構成となっている。

【００１０】７は固定スクロール１に対向して前記ケー
シング本体内に旋回可能に設けられる旋回スクロールを
示し、該旋回スクロール７は、表面側が歯底面８Ａとな
って円板状に形成された鏡板８と、該鏡板８の歯底面８
Ａから固定スクロール１の鏡板２に向けて立設され、該
固定スクロール１のラップ部３と同様に渦巻状に形成さ
れたラップ部９と、鏡板８の背面側中央に設けられたボ
ス部１０とから構成され、該ボス部１０は、後述する駆
動軸１３のクランク１３Ａに回転可能に取付けられてい
る。

【００１１】ここで、該旋回スクロール７のラップ部９
についても図５に示す如く、固定スクロール１のラップ
部３と同様に例えば３巻前，後の渦巻状に形成され、そ
の歯先９Ａ側には、底面１１Ａおよび左，右の側面１１
Ｂ，１１Ｃから横断面コ字形状をなす凹溝１１が形成さ
れている。

【００１２】１２は凹溝１１内に装着された他のシール
部材を示し、該シール部材１２は前述した固定スクロー
ル１側のシール部材６と同様に形成され、凹溝１１の底
面１１Ａ上に載置される受圧面としての下側面１２Ａ
と、該下側面１２Ａと上下方向で対向し、相手方の歯底
面２Ａに摺接する上側面１２Ｂと、渦巻状をなすシール
部材１２の径方向内側および外側に位置する内側面１２
Ｃおよび外側面１２Ｄとによって構成されている。な
お、該シール部材１２にも下側面１２Ａと内側面１２Ｃ
とにリップ部（図示せず）が形成される。

【００１３】１３は前記ケーシング本体に回転自在に設
けられる駆動軸を示し、該駆動軸１３は先端側がケーシ
ング本体内に延びるクランク１３Ａとなり、該クランク
１３Ａはその軸線Ｏ2 - Ｏ2 が駆動軸１３の軸線Ｏ1 -
Ｏ1 に対して所定寸法δだけ偏心している。そして、該
駆動軸１３のクランク１３Ａには旋回スクロール７のボ
ス部１０が旋回軸受１４を介して旋回可能に取付けら
れ、旋回スクロール７は自転防止機構（図示せず）等を
介して旋回運動が与えられる。

【００１４】また、固定スクロール１と旋回スクロール
７とは、軸線Ｏ1 - Ｏ1 に対して軸線Ｏ2 - Ｏ2 を寸法
δだけ偏心した状態で、旋回スクロール７のラップ部９
が固定スクロール１のラップ部３に対し重ね合わせるよ
うに配設される。これにより、該旋回スクロール７を固
定スクロール１に対して旋回させたときに、その旋回に
応じて各ラップ部３，９間に容積が変化する複数の圧縮
室１５，１５，…が画成されるようになっている。

【００１５】１６，１７は固定スクロール１に形成され
た吸込ポート，吐出ポートを示し、該吸込ポート１６は
圧縮室側の圧縮室１５と連通するように鏡板２の外周側
に穿設され、吐出ポート１７は、最内周側の圧縮室１５
と連通するように鏡板２の中心部に穿設されている。

【００１６】このように構成される従来技術のスクロー
ル式空気圧縮機では、まず、ケーシングの外部からモー
タ等の駆動源（図示せず）によって駆動軸１３を回転駆
動すると、この回転は該駆動軸１３のクランク１３Ａか
ら旋回軸受１４を介して旋回スクロール７に伝えられ、
該旋回スクロールは駆動軸１３の軸線Ｏ1 - Ｏ1 を中心
にして寸法δの旋回半径をもった旋回運動を行う。

【００１７】そして、この旋回運動によって各ラップ部
３，９の間に画成される圧縮室１５，１５，…は中央側
に向けて連続的に縮小し、吸込ポート１６から吸込んだ
空気を順次圧縮しつつ、この圧縮空気を吐出ポート１７
から外部のエアタンク（図示せず）等に向けて吐出す
る。

【００１８】ここで、圧縮運転が開始されると、ラップ
部３，９の凹溝５，１１内には高圧側の圧縮室１５から
圧縮空気の一部が侵入し、シール部材６，１２は受圧面
となる下側面６Ａ，１２Ａでこの圧縮空気の圧力を受圧
することにより、凹溝５，１１の底面５Ａ，１１Ａから
浮上し、対向する鏡板８，２の歯底面８Ａ，２Ａに向け
て押圧される。これにより、該シール部材６，１２は上
側面６Ｂ，１２Ｂが相手方の歯底面８Ａ，２Ａに摺接
し、ラップ部３，９間に画成される各圧縮室１５を気密
にシールする。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術では、渦巻状のラップ部３（９）を外周側から内
周側に向けて漸次曲率が大きくなるようにインボリュー
トまたはインボリュートに近い曲線に沿って形成し、ラ
ップ部３（９）の最内周側は最も曲率の大きい部位とな
っているから、シール部材６（１２）の一端側（先端
側）をラップ部３（９）の最内周側で凹溝５（１１）内
に装着したときに、シール部材６（１２）の一端側は内
側面６Ｃ（１２Ｃ）と外側面６Ｄ（１２Ｄ）との間の曲
率差が最も大きくなってしまう。

【００２０】このため、従来技術にあっては図７に示す
如く、シール部材６（１２）の一端側で内側面６Ｃ（１
２Ｃ）は高さ寸法が大きくなるように弾性変形し、外側
面６Ｄ（１２Ｄ）は高さ寸法が小さくなるように弾性変
形し、全体として台形状に変形してしまう。この結果、
シール部材６（１２）の一端側は上側面６Ｂ（１２Ｂ）
と外側面６Ｄ（１２Ｄ）との間の角部６Ｅ（１２Ｅ）が
相手方の歯底面８Ａ（２Ａ）に片当りするようになり、
旋回スクロール７の旋回運動に伴ってシール部材６（１
２）の一端側は早期に偏摩耗し、寿命が低下するという
問題がある。

【００２１】また、シール部材６（１２）はある程度の
剛性をもって形成されているから、最も曲率の大きいラ
ップ部３（９）の最内周側にシール部材６（１２）の一
端側を装着したときに、該シール部材６（１２）の一端
側はラップ部３（９）の曲率に必ずしもなじまず、シー
ル部材６（１２）と凹溝５（１１）との間には部分的に
隙間が生じることがあり、圧縮性能を低下させてしまう
という問題がある。

【００２２】さらに、圧縮運転時に発生する熱によって
シール部材６（１２）が熱膨張するようになると、曲率
の大きいシール部材６（１２）の一端側では先端部が凹
溝５（１１）の側面５Ｂ（１１Ｂ）等に引っかかって突
張り、シール部材６（１２）の挙動が不安定となってシ
ール性能が低下するという問題がある。

【００２３】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明はシール部材が偏摩耗したり不安
定な挙動を引起こしたりするのを効果的に防止でき、シ
ール部材の寿命や圧縮性能を確実に向上できるようにし
たスクロール式流体機械を提供することを目的としてい
る。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明によるスクロール式流体機械は、鏡板の
歯底面に渦巻状のラップ部が立設された固定スクロール
と、該固定スクロールに対向して設けられ、該固定スク
ロールのラップ部との間で複数の圧縮室を画成するよう
に鏡板の歯底面に渦巻状のラップ部が立設された旋回ス
クロールとを備え、前記固定スクロールと該旋回スクロ
ールとのラップ部のうち少なくとも一方のラップ部に
は、該ラップ部の歯先面に凹溝を形成し、該凹溝内には
相手方の歯底面に摺接するシール部材を装着してなる構
成としている。

【００２５】そして、本発明が採用する構成の特徴は、
前記ラップ部の最内周側に位置する前記シール部材の一
端側には、該シール部材の長さ方向に延びる一定長さの
切込みを形成し、該シール部材の一端側を少なくとも２
分割する構成としたことにある。

【００２６】

【作用】上記構成により、例えば凹溝の側面とほぼ平行
となるようにシール部材の一端側に長さ方向に延びる切
込みを入れ、シール部材の一端側を少なくとも２分割し
ているから、該シール部材の一端側をラップ部の最内周
側で曲率の大きな部位に装着するときに、シール部材の
一端側を曲げ易くなり、ラップ部の最内周側にスムーズ
に装着できると共に、シール部材の一側面と他側面とで
曲率差が大きくなるのを防止でき、シール部材の一端側
が相手方の歯底面に片当りするのを防止することができ
る。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図３に基
づいて説明する。なお、実施例では、上述した図４ない
し図７に示す従来技術と同一の構成要素に同一の符号を
付し、その説明を省略する。

【００２８】図中、２１は固定スクロール１側の凹溝５
内に装着されるシール部材を示し、シール部材２１は耐
摩耗性や摺動性に優れた弾性樹脂材料、例えばポリテト
ラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系樹脂、ポ
リエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサル
ファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（Ｐ
ＥＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）またはポリスルフォ
ン（ＰＳＦ）等を用いて、従来技術で述べたシール部材
６とほぼ同様に形成されている。

【００２９】また、該シール部材２１は図２等に示す如
く横断面が略四角形状をなし、受圧面となる下側面２１
Ａと、相手方の歯底面８Ａに摺接する摺接面としての上
側面２１Ｂと、凹溝５の側面５Ｂ，５Ｃに対向する内側
面２１Ｃおよび外側面２１Ｄとを有している。しかし、
ラップ部３の最内周側で凹溝５（後述の最内周側溝部２
５）内に装着されるシール部材２１の一端側（先端側）
には、下側面２１Ａおよび上側面２１Ｂをそれぞれ２分
割するように内側面２１Ｃおよび外側面２１Ｄとほぼ平
行で、かつ、ラップ部３の長さ方向に延びる一定長さの
切込み２２が形成されている。

【００３０】そして、シール部材２１の先端側は切込み
２２により内周側シール部２３と外周側シール部２４と
に２分割されている。ここで、内周側シール部２３には
図１ないし図３に示すように、シール部材２１の下側面
２１Ａに連続する受圧面としての下側面２３Ａと、シー
ル部材２１の上側面２１Ｂに連続し、相手方の歯底面８
Ａに摺接する摺接面としての上側面２３Ｂと、シール部
材２１の内側面２１Ｃに連続し、凹溝５の側面５Ｂに対
向する内側面２３Ｃと、後述する外周側シール２４部の
内側面２４Ｃに接，離可能な外側面２３Ｄとを有して、
横断面が略長方形状に形成されている。また、外周側シ
ール部２４も内周側シール部２３とほぼ同様に下側面２
４Ａ、上側面２４Ｂ、内側面２４Ｃおよび凹溝５の側面
５Ｃに対向する外側面２４Ｄを有して、横断面が略長方
形状に形成されている。

【００３１】２５はラップ部３の最内周側で凹溝５の一
部を構成した最内周側溝部を示し、該最内周側溝部２５
は図１に示す如く、ラップ部３の最内周側で凹溝５の溝
幅（側面５Ｂ，５Ｃ間の間隔）を広げるようにして形成
され、凹溝５の側面５Ｂ，５Ｃに対しては滑らかな連続
面を構成している。そして、該最内周側溝部２５は、シ
ール部材２１の内周側シール部２３と外周側シール部２
４とが最内周側の圧縮室からの圧力で図１に示す如く拡
開したときに、内周側シール部２３の内側面２３Ｃと外
周側シール部２４の外側面２４Ｄとを最内周側溝部２５
の各側面に押付け（係合）させ、シール部材２１が凹溝
５の周方向（渦巻方向）に移動してしまうのを防止する
と共に、シール部材２１を渦巻方向で位置決めする。

【００３２】本実施例によるスクロール式空気圧縮機は
上述の如き構成を有するもので、その基本的な作動につ
いては従来技術によるものと格別差異はない。

【００３３】然るに、本実施例では、シール部材２１の
先端側に凹溝５の側面５Ｂ，５Ｃとほぼ平行で、シール
部材２１の長さ方向に一定長さをもって延びる切込み２
２を入れ、内周側シール部２３と外周側シール部２４と
に２分割する構成としているから、下記のような作用効
果を得ることができる。

【００３４】即ち、シール部材２１の先端側に設けた内
周側シール部２３と外周側シール部２４とを、ラップ部
３の最も曲率の大きい最内周側で凹溝５内に装着すると
きに、２分割された内周側シール部２３と外周側シール
部２４とは、内側面２３Ｃ，２４Ｃと外側面２３Ｄ，２
４Ｄとの間の厚さ寸法が１／２程度に小さくなっている
から、内周側シール部２３と外周側シール部２４とは互
いに独立して弾性変形し、それぞれのシール部２３，２
４をラップ部３の曲率に沿って円滑に弾性変形（曲げ変
形）させることができる。

【００３５】そして、これらのシール部２３，２４は、
内側面２３Ｃ，２４Ｃと、外側面２３Ｄ，２４Ｄとの曲
率差がそれぞれについて小さくなるから、曲げ変形によ
って生じる内周側での圧縮力と外周側での引張力とによ
り、内側面２３Ｃ，２４Ｃと外側面２３Ｄ，２４Ｄとの
間に大きな高さ方向の寸法差が生じることがなくなり、
上側面２３Ｂ，２４Ｂが相手方の歯底面８Ａに片当りす
る等の問題を防止できる。

【００３６】また、ラップ部３の最内周側でシール部材
２１の先端側が圧縮熱によって熱膨張しても、内周側シ
ール部２３と外周側シール部２４とは独立して熱膨張す
るようになるから、これらのシール部２３，２４を凹溝
５の曲率に沿ってなじませることができ、凹溝５の側面
５Ｂ，５Ｃに片当りして、シール部材２１の挙動が不安
定になるのを効果的に防止できる。

【００３７】さらに、ラップ部３の最内周側には凹溝５
の溝幅（側面５Ｂ，５Ｃ間の間隔）を広げるように、該
凹溝５の一部を構成する最内周側溝部２５を形成するこ
とにより、シール部材２１の内周側シール部２３と外周
側シール部２４とが最内周側の圧縮室からの圧力で図１
に示す如く拡開したときに、内周側シール部２３の内側
面２３Ｃと外周側シール部２４の外側面２４Ｄとを最内
周側溝部２５の各側面に強く押付けることができ、シー
ル部材２１が凹溝５の周方向（渦巻方向）に位置ずれし
てしまうのを防止できると共に、シール部材２１を渦巻
方向に関して効果的に位置決めできる。

【００３８】従って、本実施例によれば、シール部材２
１の先端側（内周側シール部２３，外周側シール部２
４）を、相手方の歯底面８Ａに安定して摺接させること
ができ、シール性能を高めることによって、当該圧縮機
の圧縮効率を大幅に向上できる。また、シール部材２１
の内周側シール部２３と外周側シール部２４とが相手方
の歯底面８Ａに対して片当りしたり、偏摩耗したりする
のを効果的に防止でき、シール部材２１の耐久性や寿命
を大幅に向上させることができる。

【００３９】さらに、ラップ部３の最内周側には凹溝５
の溝幅を僅かに広げるように最内周側溝部２５を形成す
るだけで、シール部材２１が凹溝５の周方向（渦巻方
向）に位置ずれするを防止でき、シール部材２１を渦巻
方向で効果的に位置決めできると共に、凹溝５の最内周
側にはストッパ機能を有する最内周側溝部２５を簡単な
加工によって容易に形成できる等、種々の効果を奏す
る。

【００４０】なお、前記実施例では、固定スクロール１
側のシール部材２１の先端側に切込み２２を入れて、内
周側シール部２３と外周側シール部２４とに２分割する
ものとして述べたが、本発明はこれに限らず、旋回スク
ロール７側のシール部材についてもこれと同様に切込み
を入れることによって、内周側シール部と外周側シール
部とに２分割するようにしてもよい。また、シール部材
の先端側を３分割または４分割し、シール部材の先端側
をより曲げ易くするようにしてもよい。

【００４１】さらに、前記実施例では、スクロール式流
体機械としてスクロール式空気圧縮機を例に挙げて説明
したが、本発明はこれに限らず、例えば真空ポンプ，冷
媒圧縮機等にも広く適用することができる。

【００４２】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、ラ
ップ部の最内周側に位置するシール部材の一端側に、長
さ方向に延びる切込みを入れ、該シール部材の一端側を
少なくとも２分割する構成としたから、シール部材の一
端側での曲げ剛性等を効果的に低減でき、シール部材の
一端側を大きく曲げ易くできると共に、シール部材が相
手方の歯底面に片当りして偏摩耗するのを確実に防止で
き、シール部材の寿命や信頼性を向上させることができ
る。

【００４３】また、運転時の圧縮熱によりシール部材が
熱膨張するような場合でも、少なくとも２分割されたシ
ール部材の一端側をそれぞれ独立して熱膨張させること
ができ、凹溝の曲率に沿ってなじませることにより凹溝
の側面との間に隙間が生じる等の問題を解消できると共
に、高圧側の圧縮室から低圧側の圧縮室に向けて圧縮気
体が漏れるのを効果的に防止でき、圧縮性能等を大幅に
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によるスクロール式空気圧縮機
のシール部材を凹溝内に装着した状態を示す平面図であ
る。

【図２】図１中のシール部材を拡大して示す斜視図であ
る。

【図３】シール部材が相手方の歯底面に摺接した状態を
示す図１中の矢示 III−III 方向拡大断面図である。

【図４】従来技術によるスクロール式空気圧縮機の固定
スクロール，旋回スクロールおよび各シール部材等を示
す縦断面図である。

【図５】固定スクロールまたは旋回スクロールのラップ
部とシール部材を示す分解斜視図である。

【図６】シール部材を凹溝内に装着した状態を示すラッ
プ部の平面図である。

【図７】シール部材が相手方の歯底面に摺接した状態を
示す図６中の矢示 VII−VII 方向拡大断面図である。

【符号の説明】

１ 固定スクロール ２，８ 鏡板 ２Ａ，８Ａ 歯底面 ３，９ ラップ部 ５，１１ 凹溝 ５Ａ，１１Ａ 底面 ５Ｂ，５Ｃ，１１Ｂ，１１Ｃ 側面 ７ 旋回スクロール １５ 圧縮室 ２１ シール部材 ２１Ａ，２３Ａ，２４Ａ 下側面 ２１Ｂ，２３Ｂ，２４Ｂ 上側面 ２１Ｃ，２３Ｃ，２４Ｃ 内側面 ２１Ｄ，２３Ｄ，２４Ｄ 外側面 ２２ 切込み ２３ 内周側シール部 ２４ 外周側シール部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鏡板の歯底面に渦巻状のラップ部が立設
   された固定スクロールと、該固定スクロールに対向して
   設けられ、鏡板の歯底面に該固定スクロールのラップ部
   との間で複数の圧縮室を画成するように渦巻状のラップ
   部が立設された旋回スクロールとを備え、該旋回スクロ
   ールと固定スクロールとのラップ部のうち少なくとも一
   方のラップ部には、該ラップ部の歯先に沿って延びる凹
   溝を形成し、該凹溝内には相手方の歯底面に摺接するシ
   ール部材を装着してなるスクロール式流体機械におい
   て、前記ラップ部の最内周側に位置する前記シール部材
   の一端側には、該シール部材の長さ方向に延びる一定長
   さの切込みを形成し、該シール部材の一端側を少なくと
   も２分割する構成としたことを特徴とするスクロール式
   流体機械。